[发明专利]用于监测和/或控制发酵过程的系统设置

说明书

技术领域

本发明涉及用于监测和/或控制一个或多个发酵过程的系统设置，特别是用于涉及气体(如沼气或氢气)的制备的发酵过程。

背景技术

使用沼气作为能源载体是一种减少对基于化石燃料的能源的依赖性的方法，从而对自然资源并对环境产生较小的影响。随着用于有机废物的生物降解和沼气生产的厌氧消化过程的应用呈指数增长，迫切需要增加关于此类过程的知识经验，改善选择最佳底物进料的方法，开发开环和闭环控制策略，微调启动操作，确定应力系数和实施经调整的反应器设计。事实上，知识经验将在很大程度上对沼气厂的初始设计、运行和经济细节有巨大影响。

厌氧降解的过程是非常复杂和动态的，其中微生物方面、生物化学方面和物理化学方面彼此紧密相关。出于优化目的，实验室规模的发酵试验方法被用于确定给料特性并模拟沼气反应器的连续操作。一般来讲，对于广义设计的试验程序，应当使用分批试验和连续试验的组合。连续试验模拟跨越长时间范围的长过程条件，而平行运行的多个分批试验提供关于对相关参数变化和给料特性的影响的结果。发酵试验以限定的连续工序进行的目的是获得关于气体产率及其组成的可靠的长期基本数据，并且构建关于有机材料的降解、发酵的过程以及在降解过程中可能发生的任何问题的尽可能详尽的数据图。事实上，连续的实验室级发酵试验的结果已在若干情况下经证实能够提供全规模操作的良好表现。借助于连续发酵试验，应该还可以确定底物的理化性质如何影响发酵过程以及必须实施怎样的过程条件才能实现最佳降解并使气体产率最大化。因此，连续发酵试验提供关于该过程的性能和负载极限的首要信息，其对于设计和运行沼气厂以及对于创建有关项目的经济可行性的模型而言是至关重要的。

自然环境和全规模工厂中用于处理废水和固体废物的各种生物降解过程已导致了大量基于不同发酵试验工序的试验方法的产生。此外，以连续工序进行的发酵试验是实验室规模的试验方法，所述方法不仅由于所用的生物废料和细菌培养物的异质性，还由于实验设置以及未统一的试验协议的差异而易发生大幅变化。例如，各个实验室之间的反应器配置、检测仪器和运行模式均可彼此不同。此外，结果的显示也未被标准化，这使得非常难以在两个试验之间进行比较。此外，以连续模式执行发酵试验通常是复杂且劳动密集同时耗时的工序，其跨越了相当长的时间段。

本发明的一个目的是提供改进的用于在数据采集、数据解释和数据存储方面监测和/或控制连续发酵的系统设置。

发明内容

通过用于监测和/或控制一个或多个发酵过程的系统设置实现上述目的，所述系统设置包括：

-至少一个发酵单元；

-数据采集单元；以及

-云计算单元，该云计算单元具有数据库、文件存储能力、数据计算能力和用户界面能力；

其中至少一个发酵单元连接至采集单元，所述采集单元又连接至云计算单元，从而可将一个或多个发酵过程的在线实时数据从至少一个发酵单元通过数据采集单元传送至云计算单元以针对在线用户进行解释和显示，并且其中系统设置使一个或多个发酵过程的在线实时数据的测量能够在至少一个发酵单元和/或数据采集单元中进行，

-其中系统设置还包括：

一个或多个实验室模拟平台和/或全规模过程，其包括与云计算单元数据连接的所述至少一个发酵单元；

并且其中数据采集单元连接至云计算单元，使得所有数据采集、数据解释和数据存储集中在云计算单元上进行。

在更详细地讨论本发明以前，可进一步解释并讨论上述一些定义。

“发酵单元”可例如构成根据本发明的生物反应器，如图1所示。

“云计算”表示使用基于网络的计算资源，其中计算时间和计算能力来自外部来源。单词“云”是指所用的具体硬件和软件。这意味着用户不一定需要他们自己的硬件组，从而节省了时间和金钱。此外，表达“云计算单元”在使用的能力和手段方面还可以被视为“远程服务器”。

“数据库”是硬件和网站之间的中介者。此处，存储原始样品数据、事件数据、日志数据、仪器数据(不同状态、仪器上次连接的时间等)。使用标准软件允许数据库容易地迁移到另一位置(如果需要的话)。